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风电齿轮微点蚀的成因及齿轮油抗微点蚀性能的评价方法

2014-06-20 浏览数:1700

   近几年来,随着风力发电行业的快速发展,对长寿命及高可靠性齿轮箱的需求日趋增强,由此引起了对低速重载齿轮传动中微点蚀现象的深入系统研究。事实上,微点蚀发生在所有的摩擦副表面,但是由于风电机组的变负荷、变风向这种特殊的运行特点,使得风电机组中微点蚀现象更为重视。近些年来,AGMA(美国齿轮制造商协会)、BGA(英国齿轮协会)、NREL(美国可再生能源实验室)等均针对风电机组齿轮的微点蚀进行了一系列的专题研究,并取得了一定进展。
  微点蚀,又称“灰斑”,普遍存在机械设备的摩擦副表面,用肉眼观察呈现一种发灰的直观表现(如图1a),显微镜下观察,会看到齿面呈现坑坑洼洼的现象(如图1b)。由于实际齿轮表面会沾有润滑油及灰尘等,所以微点蚀肉眼很难发现。

  微点蚀主要发生在低速重载齿轮的啮合过程中。因为这些齿轮齿面间呈边界润滑状态,如图2所示,在齿面啮合过程中,两齿面的波峰发生直接接触,并在较高的接触应力和相对摩擦作用下,导致齿面局部温度升高,物理油膜或化学油膜破裂,进而导致齿面的微小裂纹和微小凹坑。

  微点蚀问题在风力发电工业中显得尤为重要,它会影响齿牙的准确性,导致噪音增加和引起振动,从而减少齿轮的使用寿命。风电机组朝着长寿命方向发展,疲劳引起的微点蚀成为风电润滑油性能评价的重要指标之一。目前评价微点蚀的试验机有FZG试验机和MPR试验机,由于FZG试验机的齿轮运动形式既有滚动又有滑动,它与实际齿轮的运行状态最相符,因此通常采用FZG试验机。抗微点蚀的评定方法得到广泛认可的是FVA54。该方法是由德国Forschungsvereinigung Antriebstechnik开发的,后被德国著名的传动设备制造商弗兰德采用,专门评价工业齿轮油的抗微点蚀能力。奥吉娜化工就采用此方法评价风电齿轮油的抗微点蚀能力。FVA54抗微点蚀方法的优势在于:(1) 它采用了FZG试验机,这种试验机既有滚动又有滑动运动形式,与实际齿轮运动形式最相符。(2)FZG试验机齿轮的润滑方式(飞溅润滑和压力润滑)与风电机组齿轮润滑方式一致。(3)它采用的实验齿轮材料和表面粗糙度与风机的低速重载齿轮最相近。(4)它的实验运行时间比较长,整个实验的运行时间为577h,最能模拟微点蚀发生的条件,因为微点蚀发生在105~106应力循环条件下。
 

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